성장과 탄소 침착. 이러한 통찰에 기반하여, 우리는 밀폐형 셀 나노반응기에서 방사분해를 제어하기 위한 실용적인 지침을 수립한다. 본 연구는 전자현미경에서의 근본적인 난제를 해결할 뿐 아니라, 서브 Å(Ångstrom) 해상도로 물질을 합리적으로 설계하는 우리의 능력을 한층 진전시킨다.

) 는 고진공 전자현미경 내부에서 “나노 스케일 반응기”로서 널리 사용된다. 그러나 캡슐화로 인한 높은 배경 산란(통상 ~100 나노미터)이 in situ 성능에 대한 성능지표를 심각하게 제한함에 따라, 해당 분야는 정체 상태에 놓여 있다. 이러한 불리한 영향은 특히 가스 셀에서 두드러지는데, 이는 봉지용 막이 전체 산란을 지배하여 의미 있는 신호를 모두 흐리게 만들고 분해능을 제한하기 때문이다. 본 연구에서는 배면 지지(back-supporting) 전략을 채택함으로써, 구조적 탄력성은 유지하면서 캡슐화 막을 실질적으로 감소시킬 수 있으며, 그 크기를 ~10 나노미터까지 낮출 수 있음을 보여준다. 또한, 체계적인 가스 셀 연구는 지금까지의 최고 수준의 공간 분해능과 스펙트럼 가시성에 대한 성능지표에서 이점을 입증한다. 더 나아가, 이러한 전략은 다른 유형의 마이크로칩에도 폭넓게 적용될 수 있어 in situ/operando 분야를 넘어서는 더 큰 파급효과를 가질 것으로 기대된다.

주변 조건에서의 수소 산화 반응을 통하여. 이 이종(heterogeneous) 촉매 반응은 상당한 실용적 중요성을 지니는 동시에, 흡착 및 흡착종 사이의 반응을 포함한 기본 메커니즘을 규명하기 위한 고전적인 모델로서 기능한다. 그럼에도 불구하고, 다양한 기체 조건 하에서 중간 반응 단계의 지배적 메커니즘과 동역학은 여전히 불명확하다. 이는 흡착, 원자 확산, 그리고 촉매의 동시적인 상 변환 사이의 복잡한 상호작용에 기인한다. 본 연구에서는 기체 셀 전자현미경을 이용하여 중간 반응 단계를 조사하기 위해, Pd 촉매 하에서 물을 생성하는 수소 산화 반응을 in situ로 연구하였다. 나노스케일 공간 해상도로 물 생성의 동적 거동과, 그와 연관된 가역적 팔라듐 수소화물 형성을 실시간으로 포착하였다. 우리의 결과는 Pd에 의해 촉매된 수소 산화 반응 속도가 기체를 주입하는 순서에 의해 유의하게 영향을 받음을 시사한다. 전자 회절에 대한 직접적인 증거와 밀도범함수이론(density functional theory) 계산을 통해, 수소 산화 반응 속도가 전구체들의 흡착에 의해 제한됨을 입증하였다. 이러한 나노스케일 수준의 통찰은 물 생산 기술에 중대한 함의를 갖는 Pd 촉매 수소 산화 반응을 위한 최적 반응 조건을 규명하는 데 도움을 주며, 더 나아가 다른 금속 촉매 반응들에서의 유사한 메커니즘에 대한 폭넓은 탐색을 지지한다.

고지수 면(high-index facets)을 갖는 나노입자는 그러한 면들이 향상된 촉매 성능 및 폭넓은 광학적 조절성(wide-ranging optical tunability) 등 구조적 유용 기능을 부여할 수 있다는 점에서 흥미롭다. 외래 휘발성 금속을 이용한 합금화-탈합금화(alloying-dealloying) 공정을 통해 고지수 면 나노입자를 리간드-무첨가(ligand-free) 고체상 합성으로 제조하는 방법은 재료 전반에 대한 적용 가능성(materials generality)과 높은 수율(high yields) 때문에 매력적이다. 그러나 고지수 면을 안정화하는 데에서 외래 원자(foreign atoms)의 역할과, 조대화(coarsening) 및 면 조절(facet regulation) 과정을 포함하는 변환(transformation)의 동적 특성은 아직 충분히 이해되지 않았다. 여기서는 가스셀(gas-cell) 투과 전자 현미경을 통해 Pt 염(salts)이 구형 씨앗(spherical seeds)을 거쳐 테트라헥사헤드라(tetrahexahedra)로 변화하는 과정을 in situ로 연구하였다. 나노입자의 조대화와 그에 따른 면 조절 단계로 이루어진 합금화 및 탈합금화 과정의 동적 거동은 나노 스케일 공간 해상도로 실시간(real time) 포착되었다. 원자 탐침 단층촬영(atom probe tomography) 및 밀도범함수이론(density functional theory) 계산을 통해 얻은 추가적인 직접 증거에 기초하여, 합금화-탈합금화 과정의 근본 메커니즘이 규명되었으며, 이는 고지수 면 나노입자 합성에 대한 보다 광범위한 탐색을 촉진할 것이다.

기체상 전자현미경. 이러한 고급 기술은 흔히 기존의 S/TEM 장치에 환경(환경 셀)을 삽입하여 수행하는데, 이 방법은 편리하고 비용 효율적인 방식으로 전기화학적 및 온도 자극을 동시에 가할 수 있게 해준다. 그러나 이러한 셀은 두 개의 절연 막 사이에 기체를 봉입하여 제작되며, 이는 추가적인 전자 산란을 유발한다. 우리는 기체상 E-셀 S/TEM 기법의 강점과 한계를 다양한 실무적 매개변수에 걸쳐 실험과 시뮬레이션을 통해 평가하였다. 그 결과, E-셀 셋업에서 여러 구성 요소로부터 인해 영상 품질이 저하되는 양상을 확인하였으며, 실험 매개변수를 지능적으로 선택함으로써 영상 품질을 개선할 수 있는 기회를 탐색하였다. 우리의 결과는 E-셀 STEM 기법을 사용하는 이점을 강조하는데, 이는 그 유연성이 뛰어나고 막 장치로부터 발생하는 비정상적인(이국적인) 기여를 효과적으로 억제할 수 있기 때문이다.

연구 논문(e06612)에서 Jong Min Yuk과 공저자들은 액체가 흐르는 그래핀 액체 셀에서 아밀로이드-β 올리고머 형성의 초기 단계 역동성을 보여준다. 일시적인 집합체는 준평형 상태의 개체군을 유지하면서 빠른 결합–해리 과정을 겪는다. 반(半)앙상블 개체군 분석과 시간 순차적 단일 입자 추적을 통합하는 다중 양식의 틀은 기존의 앙상블 평균 접근법을 넘어서는 동적 응집 경로를 밝혀낸다.

10,000사이클 동안 <2.8%의 변동을 보였고, 또한 (iii) 상대습도 50–100% 범위에서 3.56%의 감지 오차를 나타내는 습도 센서였다. 이러한 결과는 다기능 박막 소자용 강력한, 리소그래피 없는(free) 제작 플랫폼으로서 EATS를 확립하며, 차세대 전자소자를 위한 일반화 가능한 전략을 제공한다.

아밀로이드 응집의 초기 단계 동역학을 규명하는 것은 신경퇴행성 질환의 병리 기전을 이해하는 데 중요하다. 냉동전자현미경(cryo-electron microscopy) 및 앙상블 기반 분광법과 같은 기존의 기법들은 유용한 구조적 정보를 제공하지만, 낮은 시간 분해능과 앙상블 평균의 필요성으로 인해 실시간 분자 상호작용을 포착하는 데 어려움이 있으며, 이는 일시적인 중간 상태를 가리는 문제를 동반한다. 아밀로이드-β 올리고머(amyloid-β oligomer, AβO) 형성의 초기 단계 동역학을 조사하기 위하여, 본 연구에서는 액체 흐름 그래핀 액체 셀(liquid cell) 플랫폼을 사용해 얻은 영화 프레임 영상(movie frame images)을 바탕으로 한 시간-연속 분석(time-sequential analysis)과 반-앙상블 인구 분석(semi-ensemble population analysis)을 통합하는 다중모달 분석 프레임워크를 제안한다. 이 방법은 반-앙상블 및 개별 종(species) 수준 모두에서 AβO 응집체, 응집 동역학, 그리고 구조적 전이를 고해상도로 관찰할 수 있게 한다. 본 분석 결과, 초기 단계의 AβO는 거의 변하지 않는 응집체 개체군을 유지하면서 신속한 미시적 결합-해리 사건이 연속적으로 일어나는 동역학적 준평형(kinetic quasi-equilibrium) 영역에 존재함을 보여준다. 앙상블 기반 거시적 기법의 한계를 극복함으로써, 본 접근법은 아밀로이드 핵생성(amyloid nucleation)의 근본 기전에 대한 새로운 통찰을 제공하며, 단백질 오접힘 질환(protein misfolding diseases)에 대한 고도화된 연구로의 길을 연다.

성장과 탄소 침착. 이러한 통찰에 기반하여, 우리는 밀폐형 셀 나노반응기에서 방사분해를 제어하기 위한 실용적인 지침을 수립한다. 본 연구는 전자현미경에서의 근본적인 난제를 해결할 뿐 아니라, 서브 Å(Ångstrom) 해상도로 물질을 합리적으로 설계하는 우리의 능력을 한층 진전시킨다.

) 는 고진공 전자현미경 내부에서 “나노 스케일 반응기”로서 널리 사용된다. 그러나 캡슐화로 인한 높은 배경 산란(통상 ~100 나노미터)이 in situ 성능에 대한 성능지표를 심각하게 제한함에 따라, 해당 분야는 정체 상태에 놓여 있다. 이러한 불리한 영향은 특히 가스 셀에서 두드러지는데, 이는 봉지용 막이 전체 산란을 지배하여 의미 있는 신호를 모두 흐리게 만들고 분해능을 제한하기 때문이다. 본 연구에서는 배면 지지(back-supporting) 전략을 채택함으로써, 구조적 탄력성은 유지하면서 캡슐화 막을 실질적으로 감소시킬 수 있으며, 그 크기를 ~10 나노미터까지 낮출 수 있음을 보여준다. 또한, 체계적인 가스 셀 연구는 지금까지의 최고 수준의 공간 분해능과 스펙트럼 가시성에 대한 성능지표에서 이점을 입증한다. 더 나아가, 이러한 전략은 다른 유형의 마이크로칩에도 폭넓게 적용될 수 있어 in situ/operando 분야를 넘어서는 더 큰 파급효과를 가질 것으로 기대된다.

주변 조건에서의 수소 산화 반응을 통하여. 이 이종(heterogeneous) 촉매 반응은 상당한 실용적 중요성을 지니는 동시에, 흡착 및 흡착종 사이의 반응을 포함한 기본 메커니즘을 규명하기 위한 고전적인 모델로서 기능한다. 그럼에도 불구하고, 다양한 기체 조건 하에서 중간 반응 단계의 지배적 메커니즘과 동역학은 여전히 불명확하다. 이는 흡착, 원자 확산, 그리고 촉매의 동시적인 상 변환 사이의 복잡한 상호작용에 기인한다. 본 연구에서는 기체 셀 전자현미경을 이용하여 중간 반응 단계를 조사하기 위해, Pd 촉매 하에서 물을 생성하는 수소 산화 반응을 in situ로 연구하였다. 나노스케일 공간 해상도로 물 생성의 동적 거동과, 그와 연관된 가역적 팔라듐 수소화물 형성을 실시간으로 포착하였다. 우리의 결과는 Pd에 의해 촉매된 수소 산화 반응 속도가 기체를 주입하는 순서에 의해 유의하게 영향을 받음을 시사한다. 전자 회절에 대한 직접적인 증거와 밀도범함수이론(density functional theory) 계산을 통해, 수소 산화 반응 속도가 전구체들의 흡착에 의해 제한됨을 입증하였다. 이러한 나노스케일 수준의 통찰은 물 생산 기술에 중대한 함의를 갖는 Pd 촉매 수소 산화 반응을 위한 최적 반응 조건을 규명하는 데 도움을 주며, 더 나아가 다른 금속 촉매 반응들에서의 유사한 메커니즘에 대한 폭넓은 탐색을 지지한다.

고지수 면(high-index facets)을 갖는 나노입자는 그러한 면들이 향상된 촉매 성능 및 폭넓은 광학적 조절성(wide-ranging optical tunability) 등 구조적 유용 기능을 부여할 수 있다는 점에서 흥미롭다. 외래 휘발성 금속을 이용한 합금화-탈합금화(alloying-dealloying) 공정을 통해 고지수 면 나노입자를 리간드-무첨가(ligand-free) 고체상 합성으로 제조하는 방법은 재료 전반에 대한 적용 가능성(materials generality)과 높은 수율(high yields) 때문에 매력적이다. 그러나 고지수 면을 안정화하는 데에서 외래 원자(foreign atoms)의 역할과, 조대화(coarsening) 및 면 조절(facet regulation) 과정을 포함하는 변환(transformation)의 동적 특성은 아직 충분히 이해되지 않았다. 여기서는 가스셀(gas-cell) 투과 전자 현미경을 통해 Pt 염(salts)이 구형 씨앗(spherical seeds)을 거쳐 테트라헥사헤드라(tetrahexahedra)로 변화하는 과정을 in situ로 연구하였다. 나노입자의 조대화와 그에 따른 면 조절 단계로 이루어진 합금화 및 탈합금화 과정의 동적 거동은 나노 스케일 공간 해상도로 실시간(real time) 포착되었다. 원자 탐침 단층촬영(atom probe tomography) 및 밀도범함수이론(density functional theory) 계산을 통해 얻은 추가적인 직접 증거에 기초하여, 합금화-탈합금화 과정의 근본 메커니즘이 규명되었으며, 이는 고지수 면 나노입자 합성에 대한 보다 광범위한 탐색을 촉진할 것이다.